JP2017531156A - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

少なくとも凝縮器７０と、膨張弁７１と、蒸発器７２と、複数台の圧縮機１０，２０とを備え、各圧縮機の密閉型ハウジング１４，２４内には、蒸発器７２の低圧回路１９，２９に連通される回転式の圧縮機構部１１，２１と、圧縮機構部１１，２１を駆動するモータ部１２，２２とを備え、各圧縮機が、貯油室１３，２３を更に備え、少なくとも一つの圧縮機の排気回路１５が、他の圧縮機の密閉型ハウジング２４に接続される冷凍サイクル装置。【選択図】 図３

Description

本発明は、冷凍分野に関し、特に、冷凍サイクル装置に関する。

複数台の圧縮機と各部屋に備える複数の蒸発器からなるマルチ式空調装置について、空調の負荷が変動するため、圧縮機は起動又は停止を繰り返す。従って、各圧縮機の保油量が増減することがあり、停止中に低温化された圧縮機において、大量の冷媒が凝縮する。保油量が減少した圧縮機は、故障しやすくなり、圧縮機の中の冷媒が凝縮し、冷凍サイクルの性能低下をもたらすのみならず、再起動時に大量の油が排出される。

現在のマルチ空調システムにおいて、複数台の圧縮機は冷凍サイクルの中に並列配置され、これらの圧縮機により排出された油は、油分離器に回収され、低圧回路に戻される方法や、油面センサにより圧縮機の油量を管理し、必要時の潤滑油を授受する方法等は、少し普及されてきており、それらの冷凍サイクルの管理・制御は複雑であり、また、冷凍サイクルの効率が低下するという問題もある。

本発明は、関連技術における少なくとも一つの技術的課題をある程度で解決することを目的とする。そのため、本発明は、冷凍サイクル装置を提供し、これにより、運転中の圧縮機の冷凍サイクルへの油吐出量が減少され、冷凍サイクルの作動冷媒量が安定になる。

本発明の実施形態に係る冷凍サイクル装置は、少なくとも凝縮器と、膨張弁と、蒸発器と、複数台の圧縮機とを備え、各該圧縮機の密閉型ハウジング内には、前記蒸発器の低圧回路に連通される回転式の圧縮機構部と、該圧縮機構部を駆動するモータ部とを備え、各前記圧縮機が、貯油室を更に備え、少なくとも一つの前記圧縮機の排気回路が、他の前記圧縮機の前記密閉型ハウジングに接続される。

本実施形態に係る冷凍サイクル装置は、一つの圧縮機の排気回路がもう一つの圧縮機の密閉型ハウジングに接続されることにより、停止中の圧縮機は、運転中の圧縮機の油分離器として作用し、運転している圧縮機の冷凍サイクルへの油吐出量が減少する。同時に、各圧縮機は、通常の適正な油量を維持することができる。また、運転している圧縮機の吐出した冷媒により、停止中の圧縮機が加熱され、停止中の圧縮機の中の冷媒が凝縮しなくなり、予め加熱された停止中の圧縮機が起動する際に、不安定な運転から安定な運転への変換時間は速くなるので、冷凍サイクル装置の起動時間を短縮することができる。また、停止中の圧縮機の中には液体冷媒がないので、冷凍サイクルの作動冷媒量は安定的である。

本発明の具体的な実施例として、複数台の前記圧縮機から２台の前記圧縮機を任意に選択し、一方の前記圧縮機の前記排気回路が他方の前記圧縮機の前記密閉型ハウジングに接続され、他方の前記圧縮機の排気管が前記凝縮器に接続される、又は、複数台の前記圧縮機から３台の前記圧縮機を任意に選択し、１台目の前記圧縮機の排気回路が２台目の前記圧縮機の前記密閉型ハウジングに接続され、２台目の前記圧縮機の前記排気回路が３台目の前記圧縮機の前記密閉型ハウジングに接続され、３台目の前記圧縮機の前記排気管が前記凝縮器に接続されてもよい。

また、１台目の前記圧縮機の密閉型ハウジングが２台目の前記圧縮機又は３台目の前記圧縮機の前記貯油室に連通されてもよい。

本発明の具体的な実施例として、前記冷凍サイクル装置が、１台目の前記圧縮機の前記低圧回路又は前記密閉型ハウジングに接続される油分離器を備えていてもよい。

本発明の好ましい実施例として、前記蒸発器と前記低圧回路との間に集合型貯液器を備えていてもよい。

本発明の具体的な実施例として、前記圧縮機構部と前記蒸発器とを接続する前記低圧回路において、前記圧縮機構部から前記蒸発器への冷媒の流れを防止する逆止弁又は電磁弁が設けられていてもよい。

本発明の実施例の一つとして、前記モータ部が、少なくとも固定子鉄心と、回転子鉄心と、前記固定子鉄心に設けられるモータコイルとを備え、一の前記圧縮機の前記排気回路の開口端が、他の前記圧縮機の前記密閉型ハウジングと、前記圧縮機構部と、前記固定子鉄心とに囲まれた位置に開口してもよい。

１台目の圧縮機が一番先に起動し始めることが好ましい。

具体的に、前記モータ部のうち少なくとも一つは、回転速度が可変であるインバータ式であってもよい。

本発明の実施例の一つとして、複数台の前記圧縮機から任意に選択された２台又は３台の前記圧縮機において、１台の前記モータ部は、回転速度が可変であるインバータ式であり、１台又は２台の前記圧縮機構部は、冷凍能力が２段可変である可変容量型であってもよい。

また、２台又は３台の前記圧縮機の組み合わせで得られた最小冷凍量及び最大冷凍量の範囲において、冷凍量が増減する勾配が略直線状であってもよい。

選択的に、前記膨張弁及び前記蒸発器がそれぞれ複数であってもよい。

選択的に、前記圧縮機構部が回転式又はスクロール式であってもよい。

本発明の実施例１に係る冷凍サイクル装置を示す図である。 当該実施例１に係る集合型貯液器を示す断面図である。 当該実施例１に係る冷凍サイクル装置を示す図である。 本発明の実施例２に係る冷凍サイクル装置を示す図である。 当該実施例２に係る油分離器を備える冷凍サイクル装置を示す図である。 本発明の実施例３に係るインバータ式圧縮機と容量制御式圧縮機との組み合わせに関する冷凍サイクルを示す図である。 当該実施例３に係る２台の圧縮機に関する冷凍量の制御を示す図である。 当該実施例３に係る３台の圧縮機に関する冷凍量の制御を示す図である。 本発明の実施例４に係るスクロール式圧縮機の冷凍サイクル装置を示す図である。

１０（２０，３０） 回転式圧縮機
１４(２４) ハウジング
１１（２１） 圧縮機構部
１２（２２） モータ部
１３（２３，３３） 貯油室
１３ａ 潤滑油
１６ 油分離板
２４ｄ 排油管
１８（２８，７４） 給油管
１５ 排気回路
２４ｂ（３４ｂ） 排気管
１４ａ（２４ａ） シリンダ吸気管
１９（２９） 低圧回路
２５ 吐出回路
３４ｃ 接続管
３４ｄ 油吐出管
７０ 凝縮器
７１ 膨張弁
７２ 蒸発器
７５ａ（７５ｂ） 逆止弁
２４ｃ 接続管
７７ 油分離器
６０ 集合型貯液器
６２ａ（６２ｂ） 低圧排気管
６１ 低圧吸気管
６０２ｃ 仕切り板
６４ 液体冷媒室
６３ 分流室
６０ｂ 中心管
６０ｄ 油孔
１１０（１２０） スクロール式圧縮機

以下に、本発明の実施例を詳細に説明する。前述の実施例の一例が図面に示される。以下に、図面を参照しながら説明される実施例は例示的なものであり、本発明を解釈するために用いられ、本発明を限定するものと理解してはいけない。

本発明の説明において、「中心」、「縦方向」、「横方向」、「長さ」、「幅」、「厚み」、「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」、「鉛直」、「水平」、「頂」、「底」、「内」、「外」、「時計回り」、「反時計回り」、「軸方向」、「径方向」、「周方向」などの用語が示す方位又は位置関係は、図面に示す方位又は位置関係に基づき、本発明を便利に又は簡単に説明するためだけに使用されるものであり、指定された装置又は部品が特定の方位にあり、特定の方位において構造され操作されると指示又は暗示するものではないので、本発明に対する限定と理解されるものではない。

なお、「第１」、「第２」の用語は目的を説明するためだけに用いられるものであり、比較的な重要性を指示又は暗示するか、或いは示された技術的特徴の数を黙示的に指示すると理解されるものではない。そこで、「第１」、「第２」が限定されている特徴は少なくとも一つの前述の特徴を含むことを明示又は暗示するものである。本発明の説明において、明確且つ具体的な限定がない限り、「複数」とは、少なくとも二つ、例えば二つ、三つなどを意味する。

本発明の説明において、明確な規定と限定がない限り、「取り付け」、「互いに接続」、「接続」、「固定」などの用語の意味は広く理解されるべきである。例えば、固定接続や、着脱可能な接続や、或いは一体的な接続でも可能である。機械的な接続や、電気的な接続や、あるいは互いに通信することも可能である。直接的に接続することや、中間媒体を介して間接的に接続することや、二つの部品の内部が連通することや、あるいは二つの部品の間に相互の作用関係があることも可能である。当業者にとって、具体的な場合に応じて上記用語の本発明においての具体的な意味を理解することができる。

以下、図１〜図９を参照して本発明の実施例に係る冷凍サイクル装置を詳しく説明する。

本発明の実施例に係る冷凍サイクル装置は、少なくとも凝縮器と、膨張弁と、蒸発器と、複数台の圧縮機とを備え、各圧縮機の密閉型ハウジング内には、蒸発器の低圧回路に連通される回転式の圧縮機構部と、圧縮機構部を駆動するモータ部とを備え、各圧縮機は、貯油室を更に備える。即ち、各圧縮機は、密閉型ハウジング（即ち、下記ハウジングである）と、圧縮機構部と、モータ部とを備え、圧縮機構部とモータ部とは、それぞれ密閉型ハウジング内に設けられ、密閉型ハウジングの底部に貯油室が備えられ、圧縮機構部は低圧回路を介して蒸発器に接続され、モータ部は圧縮機構部を駆動するためのものである。

選択的に、圧縮機構部は、回転式又はスクロール式であってもよい。具体的には、膨張弁及び蒸発器は、それぞれ複数であり、即ち、複数の膨張弁及び複数の蒸発器を備えていてもよい。各部屋に一つの蒸発器及び一つの膨張弁が対応的に設けられ、即ち、冷凍サイクル装置は、複数の部屋の温度を調整することができる。

少なくとも一つの圧縮機の排気回路が他の圧縮機の密閉型ハウジングに接続される。例えば、図１、図３、図６及び図９に示すように、複数台の圧縮機から２台の圧縮機を任意に選択し、一方の圧縮機の排気回路が他方の圧縮機の密閉型ハウジングに接続され、他方の圧縮機の排気管が凝縮器に接続されてもよい。

又は、図４及び図５に示すように、複数台の圧縮機から３台の圧縮機を任意に選択し、１台目の圧縮機の排気回路は２台目の圧縮機の密閉型ハウジングに接続し、２台目の圧縮機の排気回路は３台目の圧縮機の密閉型ハウジングに接続され、３台目の圧縮機の排気管は凝縮器に接続される。

無論、複数台の圧縮機から選択された圧縮機の台数は、これに限定されるものではなく、４台又は４台以上であってもよいと理解することができる。

簡単に説明すると、複数台の圧縮機からＮ台の圧縮機を選択し、１台目の圧縮機の排気回路は２台目の圧縮機の密閉型ハウジングに接続され、順次に類推すると、Ｎ−１台目の圧縮機の排気回路はＮ台目の圧縮機の密閉型ハウジングに接続され、Ｎ台目の圧縮機の排気管は凝縮器に接続され、ただし、Ｎ≧２であってもよい。Ｎ台の圧縮機において、一部の圧縮機が運転し、他の圧縮機が停止状態であると理解することができる。

これにより、Ｎ−１台目の圧縮機が運転してＮ台目の圧縮機が運転停止する場合に、Ｎ−１台目の圧縮機中の高圧冷媒は、Ｎ台目の圧縮機に流入して循環し、運転停止中の圧縮機を運転中の圧縮機の油分離器とすることができるので、運転中の圧縮機の冷凍サイクルへの油吐出量が減少する。

本発明の実施例に係る冷凍サイクル装置は、一つの圧縮機の排気回路がもう一つの圧縮機の密閉型ハウジングに接続されることにより、停止中の圧縮機が、運転中の圧縮機の油分離器として作用し、運転している圧縮機の冷凍サイクルへの油吐出量が減少する。同時に、各圧縮機は、通常の適正な油量を維持することができる。また、運転している圧縮機の吐出冷媒により停止中の圧縮機は加熱され、停止中の圧縮機の中の冷媒は凝縮しなくなり、予め加熱された停止中の圧縮機が起動する際に、不安定な運転から安定な運転への変換時間が速くなるので、冷凍サイクル装置の起動時間を短縮することができる。また、停止中の圧縮機中には液体冷媒がないので、冷凍サイクルの作動冷媒量が安定的である。

本発明の変形例として、１台目の圧縮機の密閉型ハウジングが、２台目の圧縮機又は３台目の圧縮機の貯油室に連通されてもよい。これにより、２台目の圧縮機又は３台目の圧縮機を用いて１台目の圧縮機へ油の補給を行い、差圧が小さいため、油の補給を容易にすることができる。

本発明の変形例として、冷凍サイクル装置に備えられる油分離器７７が、１台目の圧縮機の低圧回路又は密閉型ハウジングに接続されてもよい。これにより、油分離器７７に貯蔵される油が１台目の圧縮機に戻され、回収して再利用することができる。

本発明の好ましい変形例として、蒸発器と低圧回路との間に集合型貯液器６０が備えられていてもよい。集合型貯液器６０を用いることにより、過剰な冷媒が集合型貯液器６０の中に確保され、次回の圧縮機の起動時の予備用とすることができる。従来のよく停止する個別型貯液器に比べ、集合型貯液器６０の容積を減らすことができる。即ち、停止中の貯液器には液体冷媒が残っていないので、冷凍サイクルの中で運転する冷媒の量は通常に比較的適正であり、冷凍サイクルの冷媒封入量を減らすことができ、運転中の圧縮機の冷媒及び油の分流を平均化することができる。

本発明の変形例として、圧縮機構部と蒸発器とを接続する低圧回路において、圧縮機構部から蒸発器への冷媒の流れを防止する逆止弁又は電磁弁が備えられていてもよい。

本発明の変形例として、モータ部が、少なくとも固定子鉄心と、回転子鉄心と、固定子鉄心の中に設けられるモータコイルとを備え、一つの圧縮機の排気回路の開口端が、他の圧縮機の密閉型ハウジングと、圧縮機構部と、固定子鉄心とに囲まれた位置に開口してもよい。これにより、油分離効果を向上させることができる。

１台目の圧縮機が一番先に起動し始めることが好ましい。

選択的に、モータ部のうち少なくとも一つは、回転速度が可変であるインバータ式である。

本発明の変形例として、複数台の圧縮機から任意に選択された２台又は３台の圧縮機において、そのうち１台のモータ部は、回転速度が可変であるインバータ式であり、そのうち１台又は２台の圧縮機構部は、冷凍能力が２段可変である可変容量型であってもよい。

さらに、２台又は３台の圧縮機の組み合わせで得られた最小冷凍量及び最大冷凍量の範囲において、冷凍量が増減する勾配は略直線状である。

以下、図１〜図９を参照して本発明の複数の実施例に係る冷凍サイクル装置を詳しく説明する。

実施例１
図１に示す冷凍サイクルにおいて、回転式圧縮機１０のハウジング１４に圧縮機構部１１及びモータ部１２が収納され、回転式圧縮機２０のハウジング２４に圧縮機構部２１及びモータ部２２が収納される。また、各圧縮機は、ハウジングの底部に位置する貯油室１３及び貯油室２３を備え、それらの中に、必要な潤滑油１３ａ（以下、油１３ａと略する）が貯蔵される。

一般的に、回転式圧縮機の貯油室は、それぞれ各圧縮機構部の中心部の高さから各ハウジングの底部までの範囲である。ところが、運転中の油面は常に上下変動する。特に圧縮機が低温時に起動すると、大量の油と凝縮された大量の冷媒とが共に凝縮器に排出されるので、貯油室の油面及び油量は大幅に低下する。

モータ部の回転子と一緒に回転する油分離板１６は、圧縮機構部１１の排気冷媒と混合されたミスト状の油を分離して貯油室１３に落とす。回転式圧縮機２０の貯油室２３に開口する排油管２４ｄは、給油管１８を介して回転式圧縮機１０に接続される。給油管１８は、貯油室２３の中の過剰な油１３ａを回転式圧縮機１０に戻すための手段である。

回転式圧縮機１０の排気回路１５は、回転式圧縮機２０のハウジング２４の側面に接続され、回転式圧縮機２０の排気管２４ｂは、冷凍サイクルを構成する凝縮器７０の入口に接続される。一方、回転式圧縮機１０のシリンダ吸気管１４ａと回転式圧縮機２０のシリンダ吸気管２４ａとは、それぞれ低圧回路１９と低圧回路２９とを介して集合型貯液器６０の低圧排気管６２ａと低圧排気管６２ｂとに接続される。

排気管２４ｂに接続される凝縮器７０は、膨張弁７１と蒸発器７２とに順次に接続され、蒸発器７２の低圧出口は、集合型貯液器６０の上端に備えられる低圧吸気管６１に接続される。なお、低圧回路１９と低圧回路２９とは、それぞれ逆止弁７５ａと逆止弁７５ｂとを備え、集合型貯液器６０から圧縮機構部１１及び圧縮機構部２１への低圧冷媒の流れだけは可能である。また、これらの逆止弁は電磁弁であってもよい。このように、冷媒が封入された冷凍サイクルが完成される。

複数の部屋の空気調節を行うマルチ式空調装置又は複数の部屋の冷凍装置において、膨張弁７１及び蒸発器７２の数は多くなる。これらの蒸発器７２で蒸発された、過熱度の異なる、すべての低圧冷媒は、集合型貯液器６０に集中して混合される。なお、図１の冷凍サイクル図において、冷熱兼用の空調機器又は除霜等に必要となる四方弁が省略されており、冷凍サイクルが簡単化される。

図２に示す集合型貯液器６０において、上端の低圧吸気管６１は蒸発器７２の出口に接続され、仕切り板６０ｃは、液体冷媒を貯蔵する液体冷媒室６４と気体冷媒を貯蔵する分流室６３とを隔てる。分流室６３の中に上記低圧排気管６２ａ及び低圧排気管６２ｂが備えられ、仕切り板６０ｃの中心に固定された中心管６０ｂの中に複数台の油孔６０ｄが備えられる。なお、上記低圧排気管の数は圧縮機の数によって決定される。

図１においては、回転式圧縮機１０が運転中であり、回転式圧縮機２０が停止中である。従って、逆止弁７５ａが開口し、逆止弁７５ｂが閉止する。シリンダ吸気管１４ａから吸入された低圧冷媒は、圧縮機構部１１の中で高圧冷媒に圧縮され、圧縮機構部１１とモータ部１２との間へ排出される。圧縮機構部１１から排出された冷媒は、安定運転する時に通常に数パーセントの油を含む。

一方、安定運転する時に、冷凍システムにおいて循環する、吸入された冷媒に混入された油量は、通常に１％以下である。回転式圧縮機１０は、低圧回路１９から１％の油が含まれる低圧冷媒を吸入すれば、圧縮機構部１１の圧縮室内に２〜３％の油が追加されることになる。

これは、ハウジングの内圧が高圧側である回転式圧縮機の特徴である。即ち、圧力がハウジング１４と同じである貯油室１３と、それよりも圧力の低い圧縮室（図示せず）との差圧により、貯油室１３の油１３ａが圧縮室に注入され、ピストン等の摺動隙間からの高圧冷媒の漏れを防止することができるとともに、摺動面を潤滑することもできる。

圧縮機構部１１の上側に排出された数パーセントの油が含まれる混合冷媒がモータ部１２を通過する時に、高温のモータコイル又は油分離板１６と接触すること等により、油を分離し、分離された油は貯油室１３に落ちる。冷媒と分離することができない、例えば０．８％の油は、排気回路１５を通過して接続管２４ｃから回転式圧縮機２０の圧縮機構部２１とモータ部２２との間へ排出される。

ここで、接続管２４ｃの位置が圧縮機構部２１の上端部の付近に備えられる排気孔の上部からモータ部２２を構成する固定子鉄心の下側までの範囲にあるのは最適である。その結果、モータ部２２の下端から上端へは、混合冷媒が通過するので、油分離の効率は比較的良好である。なお、周知のように、固定子鉄心に備えられるモータコイルの外周面は、接続管２４ｃに対して開口すれば、モータコイルによる油分離の効率をも向上させることができる。

停止中の回転式圧縮機２０は、そのハウジングの容積効果及びモータ部２２の分離効果のため、効率的な油分離器として作用することができる。従って、接続管２４ｃにより、高圧冷媒に混合された油が分離され、貯油室２３の中に確保されることができる。

即ち、高圧冷媒と混合されて回転式圧縮機２０の中に流出した０．８％の油、例えば、０．３％、０．５％まで低くされた油は、貯油室２３に確保される。一方、０．３％の油は、高圧冷媒と一緒に排気管２４ｂから凝縮器７０へ排出され、冷凍装置の中で循環する循環油となる。即ち、循環する冷媒は０．３％の油を含有する。

一方、０．３％の油が含まれる高圧冷媒は、排気管２４ｂを通過して凝縮器７０へ排出され、その後、膨張弁７１と蒸発器７２とを通過して、さらに集合型貯液器６０と低圧回路１９とを通過して圧縮機構部１１に戻り、このように往復・循環する。当該サイクルにより、停止中の回転式圧縮機２０は加熱されて回転式圧縮機１０の温度に近づく。

続いて、低圧回路２９に配置される逆止弁７５ｂの効果を説明する。回転式圧縮機１０が作動する時に、ハウジング２４の内圧は高圧側である。回転式圧縮機２０が代表する回転式圧縮機は吸気弁を備えておらず、上記高圧冷媒は、圧縮機構部２１の圧縮室を通過してシリンダ吸気管２４ａに漏れる。従って、ハウジング２４から逆止弁７５ｂまでの圧力は高圧側であり、逆止弁７５ｂは閉止して集合型貯液器６０の逆流を阻止する。

回転式圧縮機１０が動作するときに、回転式圧縮機２０のモータ部２２を通電させると、回転式圧縮機２０が起動するときに、回転式圧縮機２０の圧縮機構部のベーンに作用する圧差がゼロであり、これは、長時間停止後のバランス圧力の起動条件と同一である。ところが、逆止弁７５ｂの前にある低圧回路２９の容積が小さすぎる場合、モータ部２２が加速できない可能性はある。この場合に、シリンダ吸気管２４ａと逆止弁７５ｂとの前に消音器を追加することにより解決することができる。

また、集合型貯液器６０を使用しない設計を選択すれば、シリンダ吸気管１４ａと、シリンダ吸気管２４ａと、蒸発器７２とを接続する各接続回路の中に逆止弁７５ａ及び逆止弁７５ｂが配置される。又は、従来と同様に、回転式圧縮機のハウジング側面に個別の貯液器が配置されれば、これらの貯液器と蒸発器７２とを接続する接続回路に上記逆止弁が配置される。

回転式圧縮機２０が起動した後、高圧側の低圧回路２９の圧力が低下するので、逆止弁７５ｂは開口する。同時に、集合型貯液器６０を通過した低圧冷媒を吸入して圧縮作用を開始する。このように、本発明の特徴は、停止中の回転式圧縮機２０が運転中の回転式圧縮機１０の高圧側の圧力を共用し、回転式圧縮機２０が随時に起動したり停止したりすることができることである。

回転式圧縮機１０は、冷凍システムにおいて一周サイクルした冷媒から上記０．３％の油を回収する。しかしながら、回転式圧縮機１０は、時間運転に比例して貯油量を減らし、一方、停止中の回転式圧縮機２０は、貯油量を増やした。その解决手段として、給油管１８が必要となる。回転式圧縮機２０のハウジング２４の側面に備えられる排油管２４ｄは、貯油室２３に開口するが、当該開口の位置は、回転式圧縮機２０の再運転時に必要な最低油面又は最低油量の下側にあってはいけない。

運転中の回転式圧縮機１０と停止中の回転式圧縮機２０のハウジングとの差圧は、排気回路１５の配管抵抗力の差であり、この差が非常に小さい。給油管１８を介して回転式圧縮機１０への給油する方法はいくつかがあり、先行技術、例えば特許文献１（米国特許第２９８８２６７号明細書）及び特許文献２（特開１９９９―０１３６６４号公報）に開示された油噴射方法がある。例えば、特許文献１及び特許文献２に示す方式を用いて給油管１８が回転式圧縮機１０の圧縮室に連通され、圧縮室の圧力差により圧縮室への給油を実現する。

また、上記油噴射について、普及されている液体冷媒又はガス冷媒噴射を応用してもよい。また、上記油噴射方法であれば、油に溶解された冷媒には再膨張の損失があるものの、非常に少ないため、無視してもよい。

図３は、回転式圧縮機１０が運転中であり、回転式圧縮機２０が起動する状態である。上述のように、起動により、逆止弁７５ｂは開き、集合型貯液器６０からシリンダ吸気管２４ａまで低圧冷媒が流れるので、冷凍サイクルの冷媒循環量は増加する。

回転式圧縮機２０の起動により、回転式圧縮機１０から排出された高圧冷媒と、圧縮機構部２１から排出された高圧冷媒とが混合してモータ部２２を通過する。この期間に、混合冷媒に含まれる油が分離され、貯油室２３に確保される。油量が低下し、油量が１％以下に低下した高圧冷媒は、排気管２４ｂから凝縮器７０へ排出される。

その後、複数の蒸発器７２において蒸発した過熱度の異なる低圧冷媒は、集合型貯液器６０の液体冷媒室６４に集合される。従って、冷媒が混合することにより、過熱度が平均化される。なお、複数の熱交換器によって構成された冷凍サイクルへの油吐出量は、熱交換器の熱交換効率を悪化させる。安定時の冷凍サイクルの油吐出量がサイクル冷媒比率に応じて１％以下である必要はある。

過熱度の面では、平均化された低圧冷媒と冷媒に溶解された油とが、お互いに干渉せずに分流室６３の中で低圧排気管６２ａ及び低圧排気管６２ｂに分流され、それぞれ回転式圧縮機１０及び回転式圧縮機２０に戻る。このように、液体冷媒室６４の効果は、低圧冷媒の過熱度を平均化することである。なお、分流室６３は、分流量を正確に分配することができるので、２つの回転式圧縮機のいずれも、最適な圧縮効率を発揮することができる。

続いて、回転式圧縮機１０及び回転式圧縮機２０の運転中に、回転式圧縮機１０だけが停止すれば、ハウジング１４の高圧冷媒は、低圧回路１９の中まで逆流するので、逆止弁７５ａが閉止することになる。従って、回転式圧縮機１０及び回転式圧縮機２０は、必要に応じて一方の運転を自在に停止させることができ、さらに、停止された回転式圧縮機を再起動することができる。

しかし、排出量の小さい回転式圧縮機１０と排出量の大きい回転式圧縮機２０との組み合わせにおいて、一旦冷凍サイクルが安定となれば、一般的に排出量の小さい回転式圧縮機１０により冷凍サイクルの温度を制御し、室温制御及びＡＰＦ（通年エネルギー消費率）から見ても、やはり回転式圧縮機１０のほうの運転効率が高い。

なお、回転式圧縮機１０の運転中に、停止中の回転式圧縮機２０は加熱されるので、回転式圧縮機１０が先に起動することは、回転式圧縮機２０の冷媒凝縮防止の面からみても、望ましいことである。実施例１において、回転式圧縮機１０と回転式圧縮機２０とは、排気回路１５を介して接続されるので、停止中の回転式圧縮機２０を予め加熱することができる。

本実施例の作用及び効果を以下にまとめる。
１、本実施例において、回転式圧縮機１０の排気回路１５は回転式圧縮機２０に接続され、回転式圧縮機１０の高圧冷媒は、回転式圧縮機２０の中で循環する。このような構成により、
（１）停止中の回転式圧縮機２０が運転中の回転式圧縮機１０の効率的な油分離器として作用する。従って、停止中の回転式圧縮機２０を経由しない従来の設計に比べると、回転式圧縮機１０の冷凍サイクルへの油吐出量が減少するとともに、各回転式圧縮機は、通常の適正な油量を維持することができる。
（３）回転式圧縮機１０と回転式圧縮機２０とは、それぞれ任意に停止及び再起動することができる。
（３）回転式圧縮機１０の吐出冷媒により、停止中の回転式圧縮機２０は加熱され、回転式圧縮機２０の中の冷媒は凝縮しない。従って、回転式圧縮機２０が起動する時に、大量の液体冷媒及び油の排出を心配することはない。
（４）予め加熱された高圧側の回転式圧縮機２０は、不安定な運転から安定な運転への変換時間が速くなるので、空調運転の起動時間を短縮することができる。また、停止中の回転式圧縮機２０の中には、凝縮する冷媒がないので、冷凍サイクルの作動冷媒の量は安定的である。
（５）差圧が小さいので、停止中の回転式圧縮機２０から運転中の回転式圧縮機１０への油の補給は、非常に容易である。

２、集合型貯液器６０を採用することにより、
（１）過剰な冷媒が集合型貯液器６０に確保され、次回の圧縮機の起動時の予備用とされてもよい。
（２）従来の常に停止する個別型貯液器に比べると、集合型貯液器の容積を減らすことができる。即ち、停止中の貯液器に液体冷媒が残らないので、冷凍サイクル中の作動冷媒の量は常に比較的適正であり、冷凍サイクルの冷媒封入量を減らすことができる。
（３）多数の蒸発器の出口は、単一の集合型貯液器６０に集中されるので、各異なる低圧冷媒の過熱度が平均化される。従って、各圧縮機の圧縮効率が向上する。
（４）運転中の圧縮機の冷媒と油とを分流することが正確である。
（５）従来の個別型貯液器に比べ、逆止弁の配置が非常に容易である。

３、上記１と２との相乗効果。
冷凍サイクルの冷媒及び潤滑油を制御することが容易であり、冷凍サイクルの効率及び信頼性が優れる。

実施例２
図４に示す実施例２は、実施例１に対して、回転式圧縮機３０を付け加え、合計で３台の圧縮機によって冷凍サイクル装置を構成する。実施例１と同じく、回転式圧縮機２０の吐出回路２５は回転式圧縮機３０の接続管３４ｃに接続され、給油管２８は回転式圧縮機３０の油吐出管３４ｄと回転式圧縮機１０とに接続され、上記３台の回転式圧縮機のいずれも運転中である。

回転式圧縮機１０から排出された高圧冷媒は、回転式圧縮機２０の排気冷媒と集合して回転式圧縮機３０へ流れ、また、回転式圧縮機３０の吐出冷媒と集合して排気管３４ｂから凝縮器７０へ排出される。一方、貯油室３３の過剰な油１３ａは給油管２８から回転式圧縮機１０に戻る。

上記高圧冷媒の流れにより、回転式圧縮機１０の油吐出量の一部は回転式圧縮機２０に確保され、回転式圧縮機２０の油吐出量の一部は回転式圧縮機３０に確保されることができる。従って、各回転式圧縮機からの吐出量は、凝縮器７０へ直接に流れる従来の設計に比べ、冷凍サイクルへの循環油吐出量が減少する。

一方、回転式圧縮機３０の中に確保された過剰な油は、貯油室３３から運転中の回転式圧縮機１０へ自動的に給油される。即ち、上記３台の回転式圧縮機の間で量を制御することができるので、各回転式圧縮機は、適正な油量を維持することができる。また、冷凍サイクルへの油吐出量を減少することができる。即ち、実施例２は、実施例１と同様の効果を得ることができる。

図５においては給油管２８が省略されており、排気管３４ｂと凝縮器７０との間に油分離器７７が配置されることは、油分離器７７に確保された油が回転式圧縮機１０に戻る方法である。回転式圧縮機３０の貯油室３３に確保された過剰な油１３ａは、回転式圧縮機１０に戻らないので、排気管３４ｂからの油吐出量は増加し、油分離器７７に確保されることができる。

油分離器７７に確保された油は、給油管７４（破線）を通過して低圧回路１９に戻り、又は、回転式圧縮機１０に直接に戻る。回転式圧縮機１０に戻る場合には、実施例１に説明された油噴射等の方法を用いる。当該油分離器７７は、実施例１又は実施例２の図４に示す手法の代わりとして用いることができる。

実施例２は、冷凍サイクルを構成する回転式圧縮機が増加しても、実施例１と同様の手法で複数台の圧縮機が接続され、実施例１と同様の効果を得ることができることを示す。なお、油分離器７７を用いて、油は、油量が減少した回転式圧縮機１０に戻ることができる。

実施例３
実施例３は、実施例１又は実施例２の具体的な応用事例である。図６において、回転式圧縮機１０のモータ部１２は、回転速度が可変であるインバータモータを用い、回転式圧縮機２０は、冷凍量が２段変化可能な容量制御型圧縮機構部２１を用いる。

回転式圧縮機１０は、モータ部１２の回転速度が最小である場合、冷凍量が最小であり、回転速度が最大である場合、冷凍量が最大である。ここで、最小と最大との回転速度は、それぞれ１０ｒｐｓと１２０ｒｐｓとである。この場合に得られた冷凍量はモードＡである。即ち、モードＡは回転速度に応じた可変な冷凍量である。

容量制御式の圧縮機構部２１は、従来技術、例えば特許文献３（中国特許第２０１４１００４６９３１．５号明細書）に開示された内容により実現することができ、特許文献３の回転式圧縮機は、圧力切替器を備え、圧縮機構部２１の中の一つのスライドベーン室は密閉状態である。圧力切替器は、密閉されたスライドベーン室の圧力を二つの異なる圧力の間に切り替えることにより、当該密閉されたスライドベーン室に対応するシリンダの圧縮作用を停止、又は停止を解除することができる。

圧縮機構部２１は、第１圧縮部材２６ａと第２圧縮部材２６ｂとの２つの部材を有し、圧縮機の外部に配置された三方弁（図示せず）が配置される。三方弁の三つの弁口は、それぞれ第２圧縮部材２６ｂのスライドベーン室と、低圧環境（例えば、戻り気口又は低圧回路）と、高圧環境（例えば、ハウジング内の空間）とに接続される。回転式圧縮機２０の運転中に、三方弁の制御により、第２圧縮部材２６ｂ対して休筒運転させ、又は休筒運転を解除し、通常作動中の第１圧縮部材２６ａとの組み合わせにより、冷凍量の２段切替を行う。

即ち、２つのシリンダの排出量が同様であれば、回転式圧縮機２０の冷凍量は、５０％と１００％との間に容量切替されることができる。当該運転モードは、それぞれモードＢ及びモードＣという。なお、能力比率は、５０：１００だけではなく、例えば、２０：１００に設計してもよい。

回転式圧縮機１０の１２０ｒｐｓの冷凍能力は６ＫＷであれば、回転式圧縮機１０だけの運転中の冷凍量の最小値（１０ｒｐｓ）は０．５ＫＷであり、最大値（１２０ｒｐｓ）は６ＫＷであり、これはモードＡである。一方、回転式圧縮機２０のモードＢの冷凍量は６ＫＷであり、モードＣは、１２ＫＷである。

図７において、回転式圧縮機１０だけが運転していると、冷凍量の最小値と最大値とは、モードＡの範囲である０．５ＫＷ〜６ＫＷである。また、回転式圧縮機２０が起動してモードＢで運転すれば、最小値と最大値とは、Ａ＋Ｂの範囲である０．５ＫＷ〜１２ＫＷである。さらに、回転式圧縮機２０がモードＣに切り替えられると、最小値と最大値とは、Ａ＋Ｃの範囲である１２ＫＷ〜１８ＫＷである。即ち、回転式圧縮機１０及び回転式圧縮機２０の運転操作により、０．５ＫＷ〜１８ＫＷの間で直線式の冷凍量の制御を連続
的に行うことが可能である。

図８に示すように、回転式圧縮機２０と同じ様式の回転式圧縮機３０を追加すれば、冷凍量の最大値は３０ＫＷに拡大される。なお、０．５ＫＷ〜３０ＫＷの間で直線式の冷凍量の制御を行うことができる。

このように、２台又は３台の回転式圧縮機の回転速度及び容量制御の組み合わせにより、例えば、空調機器であれば、各部屋の空調の品質を向上させることができ、なお、システムの総合効率を最大化するとともに、システムの信頼性を確保することができる。

実施例４
実施例１，２，３に開示された冷凍サイクル装置、及びそれらを応用する冷量可変装置は、回転式圧縮機のみならず、密閉型ハウジングの内圧が高圧側であるスクロール式圧縮機にも応用されることができる。図９において、スクロール式圧縮機１１０は、ハウジング１４に圧縮機構部１１１及びモータ部１２を収納し、スクロール式圧縮機１２０は、ハウジング２４に圧縮機構部１２１及びモータ部２２を収納する。また、各圧縮機は、ハウジングの底部の貯油室１３及び貯油室２３に油１３ａを貯蔵することができる。

スクロール式圧縮機１１０とスクロール式圧縮機１２０とは、回転式圧縮機１０と回転式圧縮機２０と比較して、常に圧縮機構部がハウジングの上側にあり、モータ部が下側にある。実施例１と同様に、排気回路１５はそれらの間に配置される。シリンダ吸気管１４ａとシリンダ吸気管２４ａとは、それぞれ圧縮機構部１１１と圧縮機構部１２１とに接続され、新規追加された接続管２４ｃは、圧縮機構部１２１とモータ部２２の固定子鉄心との間に開口する。

このように、スクロール式圧縮機においても、実施例１、実施例２及び実施例３に開示された技術も適用されることができる。なお、給油管１８によるスクロール式圧縮機１１０への油戻りにより、スクロール式圧縮機に開示された油噴射又は気体噴射の方法を転用することができる。

本発明は、複数台の回転式圧縮機を搭載する冷凍装置として空調装置等に応用させることができる。なお、インバータ式圧縮機又は可変容量型圧縮機の使用により、冷凍量の制御を連続的に行うことができる。

以上により、本発明が解決しようとする課題は、以下のとおりである。複数台の圧縮機及び各部屋に備えられる複数の蒸発器からなるマルチ式空調装置は、空調の負荷が変動するため、圧縮機が起動及び停止を繰り返す。従って、各圧縮機の保油量が増減し、停止中の低温化された圧縮機において、大量の冷媒が凝縮する。保油量が減少した圧縮機は、故障しやすくなり、圧縮機の中の冷媒が凝縮することは、冷凍サイクルの性能低下をもたらすのみならず、再起動時、大量の油も排出される。

本発明は、上記課題を解決するために、採用した具体的な手段は、以下のとおりである。運転中の１台目の圧縮機から排出された高温の油混合冷媒は、停止又は運転中の２台目の圧縮機を通過し、このときに、２台目の圧縮機により分離された油は、当該圧縮機の貯油室に確保されて１台目の圧縮機に自動的に戻る。停止中の２台目の圧縮機は温度上昇するので、冷媒の凝縮を回避することができる。一方、複数台の蒸発器を通過した低圧冷媒及び油は、単一の集合型貯液器に集合させられる。ここで、過熱度が平均化された低圧冷媒は、運転中の圧縮機の中へ正確的に分流されることができる。従って、運転中及び停止中の圧縮機のいずれも、必要な冷媒量及び油量を維持し、過剰又は不足を回避する必要はある。

上記技術的手段を用いることによる有益な効果は、以下のとおりである。
複数台の圧縮機は、運転又は停止中でも、１台の集合型圧縮機のように作用することができる。単一の集合型の貯液器は、低圧冷媒の過熱度の平均化及び分流を正確的に行うことができる。従って、システム内で循環する潤滑油と冷媒との制御が簡単且つ正確であり、圧縮機の故障及びシステムの効率低下を防止することができる。

本発明において、明確な規定と限定がない限り、第一特徴が第二特徴の「上」又は「下」にあることは、第一特徴と第二特徴とが直接的に接触することであってもよいし、第一特徴と第二特徴とが中間媒体を介して接触することであってもよい。また、第一特徴が第二特徴の「上」、「上方」又は「上面」にあることは、第一特徴が第二特徴の真上及び斜め上にあることを含む、或いは、単に第一特徴の水平高さが第二特徴より高いことだけを表す。第一特徴が第二特徴の「下」、「下方」又は「下面」にあることは、第一特徴が第二特徴の真下及び斜め下にあることを含む、或いは、単に第一特徴の水平高さが第二特徴より低いことだけを表す。

本発明の説明において、「実施例の一つ」、「変形例」、「一例」、「具体的な例」、或いは「一部の例」などの用語を参考した説明とは、該実施例或いは一例に合わせて説明された具体的な特徴、構成、材料或いは特徴が、本発明の少なくとも一つの実施例或いは一例に含まれることである。本明細書において、上記用語に対する例示的な説明は、必ずしも同じ実施例或いは一例を示すことではない。また、説明された具体的な特徴、構成、材料或いは特徴は、いずれか一つ或いは複数の実施例又は一例において適切に結合することができる。なお、互いに矛盾しない場合、当業者は、本明細書に説明された異なる実施例又は例、及び異なる実施例又は一例の特徴を結合及び組み合わせすることができる。

以上、本発明の実施例を示して説明したが、理解することができるのは、上記実施例が例示的なものであり、本発明に対する限定と理解してはいけない。当業者は、本発明の範囲内で上記実施例に対して各種の変化、修正、切り替え及び変形を行うことができる。

Claims (13)

1. 少なくとも凝縮器と、膨張弁と、蒸発器と、複数台の圧縮機とを備え、
   各該圧縮機の密閉型ハウジング内には、前記蒸発器の低圧回路に連通される回転式の圧縮機構部と、該圧縮機構部を駆動するモータ部とを備え、
   各前記圧縮機が、貯油室を更に備え、
   少なくとも一つの前記圧縮機の排気回路が、他の前記圧縮機の前記密閉型ハウジングに接続される冷凍サイクル装置。
2. 複数台の前記圧縮機から２台の前記圧縮機を任意に選択し、一方の前記圧縮機の前記排気回路が他方の前記圧縮機の前記密閉型ハウジングに接続され、他方の前記圧縮機の排気管が前記凝縮器に接続される、又は、
   複数台の前記圧縮機から３台の前記圧縮機を任意に選択し、１台目の前記圧縮機の前記排気回路が２台目の前記圧縮機の前記密閉型ハウジングに接続され、２台目の前記圧縮機の前記排気回路が３台目の前記圧縮機の前記密閉型ハウジングに接続され、３台目の前記圧縮機の前記排気管が前記凝縮器に接続される請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
3. １台目の前記圧縮機の前記密閉型ハウジングが２台目の前記圧縮機又は３台目の前記圧縮機の前記貯油室に連通される請求項２に記載の冷凍サイクル装置。
4. １台目の前記圧縮機の前記低圧回路又は前記密閉型ハウジングに接続される油分離器を備える請求項２に記載の冷凍サイクル装置。
5. 前記蒸発器と前記低圧回路との間に集合型貯液器を備える請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
6. 前記圧縮機構部と前記蒸発器とを接続する前記低圧回路において、前記圧縮機構部から前記蒸発器への冷媒の流れを防止する逆止弁又は電磁弁が設けられている請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
7. 前記モータ部が、少なくとも固定子鉄心と、回転子鉄心と、該固定子鉄心に設けられるモータコイルとを備え、
   一の前記圧縮機の前記排気回路の開口端が、他の前記圧縮機の前記密閉型ハウジングと、前記圧縮機構部と、前記固定子鉄心とに囲まれた位置に開口する請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
8. １台目の前記圧縮機が一番先に起動し始める請求項２に記載の冷凍サイクル装置。
9. 前記モータ部のうち少なくとも一つは、回転速度が可変であるインバータ式である請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
10. 複数台の前記圧縮機から任意に選択された２台又は３台の前記圧縮機において、
    １台の前記モータ部は、回転速度が可変であるインバータ式であり、
    １台又は２台の前記圧縮機構部は、冷凍能力が２段可変である可変容量型である請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
11. ２台又は３台の前記圧縮機の組み合わせで得られた最小冷凍量及び最大冷凍量の範囲において、冷凍量が増減する勾配が略直線状である請求項１０に記載の冷凍サイクル装置。
12. 前記膨張弁及び前記蒸発器がそれぞれ複数である請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
13. 前記圧縮機構部が回転式又はスクロール式である請求項１に記載の冷凍サイクル装置。

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